陰浮動(dòng)床偏流的原因分析與處理

梅武豐

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

1 工藝說明

海洋石油富島有限公司（以下簡(jiǎn)稱“富島公司”）二期脫鹽水裝置采用活性炭過濾器預(yù)處理+陽(yáng)浮動(dòng)床+脫氣塔+陰浮動(dòng)床+混床全離子交換工藝制取合格的二級(jí)脫鹽水，以滿足年產(chǎn)800kt二期尿素裝置和年產(chǎn)600kt甲醇裝置用水需求。其中，活性炭過濾器四開一備，出水控制：余氯＜0.1mg/L；一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)采取兩開一備的單元制工藝，采用的是強(qiáng)、弱樹脂聯(lián)合的雙室浮動(dòng)床，陽(yáng)浮動(dòng)床出水控制：Na+泄漏量＜50μg/L、脫氣塔出水控制：殘余CO2＜5mg/L，陰浮動(dòng)床出水控制：電導(dǎo)率≤5μs/cm，SiO2≤50μg/L；混床三開一備，出水控制：電導(dǎo)率≤0.2μs/cm，SiO2≤20μg/L。如圖1所示。

圖1 離子交換發(fā)脫鹽水工藝流程示意圖

2 目前現(xiàn)狀及存在的問題

富島公司二期脫鹽水裝置于2002年3月建成投運(yùn)，一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)A、B系列陽(yáng)、陰浮動(dòng)床因樹脂體外擦洗返回不徹底、樹脂泄漏等原因?qū)е聵渲繙p少，在2009年3月大修期間按樹脂按設(shè)計(jì)填裝量的三分之一進(jìn)行了補(bǔ)加，2019年10月對(duì)B系列樹脂進(jìn)行了整體更換。新增一級(jí)復(fù)床C系列于2006年2月試車投運(yùn)，因樹脂失效頻繁、單耗增大，在2015年4月大修期間進(jìn)行了樹脂整體更換。近半年來，A、C系列多次出現(xiàn)陰浮動(dòng)床運(yùn)行壓差偏高、再生清洗水電導(dǎo)率下降緩慢、清洗時(shí)間長(zhǎng)、再生酸堿耗量增加等情況，檢查發(fā)現(xiàn)再生清洗過程中陰浮動(dòng)床下室存在明顯偏流現(xiàn)象。如表1所示。

表1 一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)2020年3月某次再生情況

3 陰浮動(dòng)床偏流的原因分析

3.1 原水預(yù)處理情況

來自東方市大廣壩水庫(kù)的原水流經(jīng)下游的高坡嶺水庫(kù)引入富島公司凈水廠進(jìn)行混凝澄清、消毒殺菌處理后，水中懸浮物含量≤5mg/L、余氯：0.5～0.8mg/L，經(jīng)過凈化處理的原水進(jìn)入脫鹽水裝置后利用活性炭過濾器進(jìn)行除濁、除氯處理，以達(dá)到離子交換器進(jìn)水水質(zhì)要求。觀察發(fā)現(xiàn)，活性炭過濾器運(yùn)行至1 500min左右壓差便達(dá)到0.1MPa，運(yùn)行至2 500～3 000min基本就達(dá)到0.2MPa。而正常情況下活性炭過濾器運(yùn)行一周期3 500min，其壓差基本都在0.1MPa以內(nèi)。這說明原水預(yù)處理效果差，活性炭過濾器處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，懸浮雜質(zhì)極易穿透濾料層進(jìn)入后續(xù)離子交換器，樹脂層出現(xiàn)局部結(jié)塊偏流與原水預(yù)處理差存在一定的關(guān)聯(lián)。

3.2 進(jìn)水或排水裝置情況

陰浮動(dòng)床進(jìn)水、排水裝置采用的是襯膠多孔板配ABS濾水帽的分配裝置，其特點(diǎn)是能夠穩(wěn)定、均勻的布水、疏水。觀察陰浮動(dòng)床供水泵運(yùn)行情況，未發(fā)現(xiàn)憋壓，說明去陽(yáng)離子水通過樹脂層是順暢的，進(jìn)水、排水裝置未出現(xiàn)堵塞情況。此外，檢查樹脂捕捉器和再生排放廢液均為未發(fā)現(xiàn)樹脂泄漏，說明進(jìn)水、排水裝置的濾水帽未出現(xiàn)損壞。由于進(jìn)水、排水裝置未堵塞或損壞，所以陰浮動(dòng)床出現(xiàn)的偏流現(xiàn)象不是因?yàn)榉峙溲b置布水、疏水不均勻引起的。

3.3 交換器成床情況

浮動(dòng)床運(yùn)行時(shí)樹脂層呈浮動(dòng)狀態(tài)，與固定床相比，其對(duì)進(jìn)水流速要求比較高。流速過高，瞬間產(chǎn)生的推力可能損壞床內(nèi)裝置；流速過低，不能成床或造成樹脂層出現(xiàn)局部偏流。浮動(dòng)床成床流速一般控制在20～30m3/h為宜，結(jié)合本裝置情況成床流量應(yīng)控制在100～160m3/h較為合適。富島公司二期脫鹽水裝置一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)運(yùn)行流量一直都控制在110～120m3/h，所以陰浮動(dòng)床按正常操作起床是不會(huì)引起樹脂層偏流的。

3.4 樹脂再生情況

富島公司二期脫鹽水裝置一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)采用的是逆流再生式浮動(dòng)床，即運(yùn)行時(shí)水的流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，再生時(shí)再生液的流向?yàn)樯线M(jìn)下出。逆流再生時(shí)，若浮動(dòng)床底部再生廢液排放閥開度過大，或再生液進(jìn)入床體的量小于再生廢液的排放量，床內(nèi)樹脂將會(huì)出干床現(xiàn)象。干床會(huì)導(dǎo)致再生液偏流、再生劑與樹脂接觸時(shí)間過短而再生不徹底或失敗，還會(huì)引起樹脂層結(jié)塊使浮動(dòng)床運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)偏流。就排查情況來看，陰浮動(dòng)床底部再生廢液排放閥開度是合適的，再生液流量也一直在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，所以再生過程不存在樹脂層干床、局部結(jié)塊的情況，陰浮動(dòng)床再生清洗出現(xiàn)偏流與再生操作無(wú)關(guān)。

3.5 樹脂體外擦洗情況

為了防止在水流托起樹脂層時(shí)發(fā)生亂層現(xiàn)象，浮動(dòng)床上部自由空間僅有2%～5%，雖然設(shè)備的空間利用率較高，但缺點(diǎn)是它對(duì)進(jìn)水濁度要求較高且無(wú)法在交換器內(nèi)進(jìn)行反洗。因此，浮動(dòng)床應(yīng)定期或壓差高時(shí)進(jìn)行體外擦洗，以便及時(shí)清除樹脂層表面的懸浮雜質(zhì)，避免影響出水質(zhì)量和再生效果。近幾個(gè)月，富島公司二期脫鹽水裝置陰樹脂擦洗塔因部分閥門閥板出現(xiàn)腐蝕內(nèi)漏而未排查出來，導(dǎo)致陰樹脂在輸送過程出現(xiàn)泄漏，擦洗工作因此被耽擱，陰浮動(dòng)床下室樹脂層積累的懸浮雜質(zhì)未及時(shí)清除，堵塞了部分樹脂的交聯(lián)網(wǎng)孔，樹脂層出現(xiàn)結(jié)塊、偏流現(xiàn)象。

3.6 其他情況

離子交換器內(nèi)混入雜物、樹脂老化、脫氣塔周圍空氣質(zhì)量差等因素都會(huì)造成陰浮動(dòng)床樹脂層局部流通受阻引起偏流。2019年5月11日，B系列陰浮動(dòng)床下室出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)下室樹脂中夾雜有兩個(gè)薄膜袋，事后對(duì)A、C系列檢修時(shí)未發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象。此外，A、C系列陽(yáng)、陰樹脂使用年限已久，部分樹脂出現(xiàn)老化后強(qiáng)度下降、抗污能力減弱，碎樹脂在樹脂層中極易引起抱團(tuán)結(jié)塊。除此之外，對(duì)于鼓風(fēng)式脫氣塔而言，周圍空氣質(zhì)量差會(huì)使陰浮動(dòng)床進(jìn)水濁度升高，引起樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔堵塞、交換器壓力降增加、樹脂層局部結(jié)塊偏流。

綜合上述情況，基本可以判斷富島公司二期脫鹽水裝置一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)A、C系列陰浮動(dòng)床多次出現(xiàn)偏流主要與原水預(yù)處理效果差、樹脂使用年限長(zhǎng)部分樹脂出現(xiàn)老化、陰樹脂擦洗塔故障導(dǎo)致陰樹脂未得到有效擦洗等因素有關(guān)。

3.7 陰浮動(dòng)床偏流的處理措施

要解決陰浮動(dòng)床再生清洗時(shí)出現(xiàn)的偏流現(xiàn)象，最有效方法是對(duì)A、C系列陽(yáng)、陰樹脂進(jìn)行整體更換，但考慮到樹脂更換成本較高且耗時(shí)長(zhǎng)、除鹽系統(tǒng)處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)不便于對(duì)某一系列復(fù)床交出檢修，目前防止陰浮動(dòng)床偏流的最有效措施如下：

（1）嚴(yán)格控制原水質(zhì)量。當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)協(xié)調(diào)凈水廠進(jìn)行加藥量的調(diào)整、做好原水混凝澄清、消毒殺菌工作，確保原水預(yù)處理效果，并根據(jù)活性炭過濾器壓差情況及時(shí)進(jìn)行反洗，可以在不跑活性炭的情況下，適當(dāng)提高反洗強(qiáng)度、延長(zhǎng)反洗時(shí)間，確保反洗效果。

（2）控制好成床流量。陰浮動(dòng)床由于采用的是泵直接供水，起床時(shí)應(yīng)先開出口閥，再開入口閥，最后關(guān)小供水泵出口閥至適當(dāng)開度，以免泵啟動(dòng)后出現(xiàn)床體憋壓或高流量沖擊床內(nèi)裝置。成床后流量不得低于100m3/h，以免因流量過小而無(wú)法成床或產(chǎn)生偏流。若成床效果不佳，可以適當(dāng)提高進(jìn)水流量，待樹脂層達(dá)到最佳成床效果后，再按工藝要求調(diào)整至適當(dāng)流量。運(yùn)行過程中應(yīng)避免出現(xiàn)流量頻繁斷崖式波動(dòng)而引起落床亂層、偏流。

（3）確保每季度進(jìn)行一次的樹脂體外擦洗操作。體外擦洗時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)樹脂輸出和返回時(shí)間，確保樹脂輸送徹底。擦洗操作應(yīng)按照“先強(qiáng)后弱”的擦洗順序進(jìn)行，強(qiáng)型樹脂返回后應(yīng)排空擦洗塔，避免細(xì)碎樹脂和擦洗下來的雜質(zhì)混雜進(jìn)后續(xù)擦洗的弱型樹脂中。空氣擦洗、反洗操作時(shí)應(yīng)控制好氣洗、水洗流量，反洗至排水清澈無(wú)懸浮物為止。

（4）嚴(yán)格控制再生操作。樹脂失效后應(yīng)確保樹脂層平穩(wěn)落床以防止亂層，落床后要及時(shí)進(jìn)行再生，避免落床時(shí)間過久導(dǎo)致樹脂層壓實(shí)出現(xiàn)局部結(jié)塊。再生時(shí)再生時(shí)間不宜過長(zhǎng)，防止樹脂層被壓實(shí)。再生后進(jìn)行循環(huán)清洗時(shí)，應(yīng)控制好起床流速，確保樹脂層成床效果。

（5）嚴(yán)抓檢修質(zhì)量關(guān)。崗位人員應(yīng)確保交換器檢修時(shí)全程都在監(jiān)管視線之內(nèi)，防止檢修過程中出現(xiàn)雜物摻進(jìn)樹脂的現(xiàn)象發(fā)生，一旦出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)糾正。

若日常維護(hù)操作嚴(yán)格執(zhí)行以上措施，陰浮動(dòng)床再生清洗時(shí)依舊出現(xiàn)偏流現(xiàn)象致使水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，可以對(duì)產(chǎn)生偏流的床室樹脂進(jìn)行體外擦洗操作，然后按1.5～2倍的再生劑用量進(jìn)行再生。

4 結(jié)束語(yǔ)

在離子交換脫鹽水工藝中，由于工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，現(xiàn)如今很少出現(xiàn)樹脂污染、變質(zhì)、結(jié)塊偏流等情況，只要把握好樹脂再生效果，便可以確保穩(wěn)定生產(chǎn)。至于本裝置所遇到的陰浮動(dòng)床再生清洗階段下室樹脂層出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，只是幾種客觀因素巧合碰到一起了，從目前的處理效果來看，偏流故障基本消除，再生效果明顯改善。當(dāng)然一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)A、C系列樹脂使用年限已到，擇機(jī)進(jìn)行整體更換也是很有必要的。